NanoindustryNanoindustryНаноиндустрия1993-85782687-0282Technosphera JSC69725710.22184/1993-8578.2025.18.7-8.432.439Equipment for NanoindustryОборудование для наноиндустрииResearch ArticleDetermination of the optical characteristics of planar Si3N4 ring microresonators depending on their geometric propertiesОпределение зависимости оптических характеристик планарных Si3N4 кольцевых микрорезонаторов от их геометрических свойствhttps://orcid.org/0009-0004-9981-3083AbaninA. I.АбанинА. И.
Russian Federation

Engineer

инж.

aai-2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1529-4481KovalyukV. V.КовалюкВ. В.
Russian Federation

Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Head of Laboratory

к.ф.-м.н., зав. лаб.

aai-2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4166-8408KitsyukE. P.КицюкЕ. П.
Russian Federation

Cand. of Sci. (Tech), Head of Laboratory

к.т.н., нач. лаб.

aai-2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4309-3481LazarenkoP. I.ЛазаренкоП. И.
Russian Federation

Cand. of Sci. (Tech), Head of laboratory

к.т.н., нач. лаб.

aai-2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0831-9254SvetukhinV. V.СветухинВ. В.
Russian Federation

Doct. of Sci. (Physics and Mathematics), Director, Corresponding Member of RAS

д.ф.-м.н, проф., чл.-корр. РАН, дир.

aai-2000@mail.ruScientific-Manufacturing Complex "Technological Centre"НПК "Технологический центр"Ulyanovsk State UniversityУльяновский государственный университетNational Research University of Electronic Technology (MIET)Национальный исследовательский университет "МИЭТ"University of Science and Technology MISISУниверситет науки и технологий МИСИС10122025187-843243902122025Copyright ©; 2025, Abanin A.I., Kovalyuk V.V., Kitsyuk E.P., Lazarenko P.I., Svetukhin V.V.Copyright ©; 2025, Абанин А.И., Ковалюк В.В., Кицюк Е.П., Лазаренко П.И., Светухин В.В.2025Abanin A.I., Kovalyuk V.V., Kitsyuk E.P., Lazarenko P.I., Svetukhin V.V.Абанин А.И., Ковалюк В.В., Кицюк Е.П., Лазаренко П.И., Светухин В.В.https://journals.eco-vector.com/1993-8578/article/view/697257

In this work, the dependence of the optical characteristics of planar Si3N4 ring microresonators on their geometric properties is investigated. The dependence of the intrinsic and loaded quality factors of the ring resonator on the distance between the ring and the resonator waveguide is shown. Changing this distance allows tuning coupling coefficient of the resonator. As a result, the optimal geometric properties of the resonator that provide the highest quality factor have been determined. The results of this work can be used for the further development of photonic integrated circuits made of silicon nitride and devices based on them.

В данной работе исследуется зависимость оптических характеристик планарных Si3N4 кольцевых микрорезонаторов от их геометрических характеристик. Показаны зависимости собственной и нагруженной добротностей кольцевого резонатора от величины расстояния между кольцом и волноводом резонатора, изменение которой позволяет управлять коэффициентом сопряжения резонатора. В результате определены оптимальные геометрические параметры резонатора, обеспечивающие наивысшую добротность. Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего изготовления фотонных интегральных схем из нитрида кремния и устройств на их основе.

ring microresonatorsquality factorphotonic integrated circuitsкольцевые микрорезонаторыдобротностьфотонные интегральные схемыThis work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (FNRM-2025-0014)Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках выполнения НИР FNRM-2025-0014Doerr C.R. Silicon photonic integration in telecommunications. Frontier in Physics. 2015. Vol. 3. article 37, Aug. 05. https://doi.org/10.3389/fphy.2015.00037G. de Valicourt, Chang C-M., Eggleston M.S., Melikyan A., Zhu C., Lee J., Simsarian J.E., Chandrasekhar S., Sinsky J.H., Kim K.W., Dong P., Maho A., Verdier A., Brenot R., Chen Y.K. Photonic integrated circuit based on hybrid III–V/silicon integration. Journal of Lightwave Technology. 2018. Vol. 36. No. 2. PP. 265–273. https://doi.org/10.1109/JLT.2017.2776214Verdier A., G. de Valicourt, Brenot R., Debregeas H., Dong P., Earnshaw M., Carrere H., Chen Y.K. Ultra-wide band wavelength-tunable hybrid external-cavity lasers. Journal of Lightwave Technology. 2018. Vol. 36. No. 1. PP. 37–43. https://doi.org/10.1109/JLT.2017.2757603Gao Y., Lee S., Patel R., Lo J-C., Sun J., Zhu L., Zhou J., Hong J. High-performance hybrid-integrated silicon photonic tunable laser. Optical Fiber Communication Conference. 2019. Paper W4E.5. https://doi.org/10.1364/OFC.2019.W4E.5Selvaraja S.K. et al. Highly uniform and low-loss passive silicon photonics devices using a 300 mm CMOS platform. Optical Fiber Communication Conference. 2014. OSA Technical Digest (online), paper Th2A.33. https://doi.org/10.1364/OFC.2014.Th2A.33Xuan Y. et al. High-Q silicon nitride microresonators exhibiting low-power frequency comb initiation. Optica 3. 2016. PP. 1171–1180. https://doi.org/10.1364/OPTICA.3.001171Ji X. et al. Ultra-low-loss on-chip resonators with sub-milliwatt parametric oscillation threshold. Optica 4. 2017. PP. 619–624. https://doi.org/10.1364/OPTICA.4.000619Xingchen J., Samantha R., Corato-Zanarella M., Lipson M. Methods to achieve ultra-high quality factor silicon nitride resonators. APL Photonics 1. 2021. July. Vol. 6 (7). P. 071101. https://doi.org/10.1063/5.0057881Bauters J.H., Martijn J., Demis D., Daoxin T., Ming-Chun B., Jonathon L., Arne H., Blumenthal R.G., Daniel B.J. Ultra-low-loss high-aspect-ratio Si3N 4 waveguides. Optics Express. 2011. Vol. 19. PP. 3163–3174. https://doi.org/10.1364/OE.19.003163Chang L. et al. Ultra-efficient frequency comb generation in AlGaAs-oninsulator microresonators. Nat. Communication. 2020. Vol. 11. P. 1331. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15005-5Ciminelli C., Dell’Olio F., Armenise M.N., Soares F.M. Passenberg W. High performance InP ring resonator for new generation monolithically integrated optical gyroscopes. Opt. Express 21. 2013. PP. 556–564. https://doi.org/10.1364/OE.21.000556An P., Kovalyuk V., Golikov A., Zubkova E., Ferrari S., Korneev A., Pernice W., Goltsman G. Experimental optimisation of O-ring resonator Q-factor for on-chip spontaneous four wave mixing. Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1124. Iss. 5. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1124/5/051047